JP4435179B2

JP4435179B2 - 電源装置

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Publication number: JP4435179B2
Application number: JP2006546586A
Authority: JP
Inventors: 潔花房; 博一石田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2010-03-17
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Description

この発明は、二次電池と燃料電池とを組み合わせた電源装置に関するものである。

従来の電源装置として、燃料ガスおよび空気の化学反応により直流電力を発電する燃料電池発電システムと、その燃料電池発電システムで発電された直流電力を蓄電すると共に、電力系統の電力が余剰の時は、電力系統の交流電力を直流電力に変換して蓄電し、電力系統の電力が不足の時は、その蓄電した直流電力を交流電力に変換して電力系統に放電する二次電池システムとを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−２２８７０号公報

従来の電源装置は以上のように構成されているので、二次電池システムおよび燃料電池発電システムから電力系統側の負荷に対して、きめ細かに電源供給制御を行うことができない。
また、電力系統の交流電力を直流電力に変換して二次電池システムに蓄電する場合に、直流電力のリップルにより二次電池システムが故障する可能性がある。
さらに、電力系統側の負荷が大きい場合に、燃料電池発電システムの内部インピーダンスにより燃料電池の発生電圧が低下する場合がある。
一方、負荷が電気自動車等の場合であって、電気自動車等走行中に電力を消費するだけで二次電池に充電する機能を持たない電源装置においては、軽負荷時に、燃料電池から二次電池に充電する必要がある。
また、負荷がガソリン車を含む自動車等の場合では、起動時に瞬発的な電力が必要となるため、二次電池として電気容量の大きなものが必要となり、重量が重く体積も大きくなるなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、蓄電手段および燃料電池から負荷回路にきめ細かに電源供給制御を行う電源装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電源装置は、負荷回路に接続された充電可能な蓄電手段と、蓄電手段にスイッチ回路を介して接続された燃料電池と、負荷回路への負荷電流の大きさおよび蓄電手段の充放電状態に応じてスイッチ回路をオンオフ制御するスイッチ制御回路と、上記負荷回路への負荷電流の大きさを検出する負荷電流検出回路と、上記蓄電手段の充電電圧を検出する充電電圧検出回路とを備え、上記スイッチ制御回路は、上記負荷電流検出回路により検出された負荷電流が非常に大きい場合と、上記負荷電流検出回路により検出された負荷電流が大きく、上記充電電圧検出回路により検出された上記蓄電手段の充電量が少ない場合と、上記負荷電流検出回路により検出された負荷電流が小さく、上記充電電圧検出回路により検出された上記蓄電手段の充電量が少ない場合とでスイッチ回路をオン制御するものである。

このことによって、負荷回路への負荷電流の大きさおよび蓄電手段の充放電状態に応じて、蓄電手段および燃料電池から負荷回路にきめ細かに電源供給制御を行うことができる。
また、直流および交流間の変換を行う電力変換装置を用いることは無いので、リップル等により蓄電手段が故障することを防ぐことができる。
さらに、負荷電流が大きい場合であっても、スイッチ回路をオン制御することで、燃料電池および蓄電手段間が接続され、燃料電池で発電された電力を負荷回路に供給すると共に、場合によっては蓄電手段に充電することができ、軽負荷時に蓄電手段を充電する手間隙を削減することができる。
さらに、負荷電流が大きい場合にスイッチ回路をオン制御することで、燃料電池および蓄電手段の両方から電力を負荷回路に供給することができ、蓄電手段の電気容量を小型化することができる効果がある。
さらに、負荷電流が小さい場合にスイッチ回路をオン制御することで、燃料電池および蓄電手段の両方から電力を負荷回路に供給すると共に、蓄電手段に充電することができる効果がある。

この発明の実施の形態１による電源装置を示す回路図である。スイッチ回路のオンオフ制御条件を示す説明図である。この発明の実施の形態２による電源装置を示す回路図である。この発明の実施の形態３による電源装置を示す回路図である。この発明の実施の形態４による電源装置を示す回路図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電源装置を示す回路図であり、図において、二次電池（蓄電手段）１は、リチウムイオン電池、ポリマー電池、ニッケル水素電池、またはニッケルカドミウム電池等により充電可能に構成され、負荷回路に接続されたものである。なお、この二次電池１は、大容量のエネルギーを蓄積できるコンデンサであっても良く、さらに、二次電池１およびコンデンサの並列回路であっても良い。
太陽電池２は、太陽電池２側を陽極に、二次電池１および負荷回路側を陰極に接続されたダイオード（第２の逆流防止回路）３を介して二次電池１および負荷回路に接続されたものである。このダイオード３は、二次電池１あるいは負荷回路側から太陽電池２への電流の逆流を防止するものである。

燃料電池４は、二次電池１および負荷回路側にＰｃｈＦＥＴ（スイッチ回路）５を介して接続され、メタノール、水素等の燃料および空気の化学反応により直流電力を発電するものである。なお、ＰｃｈＦＥＴ５は、ソースが燃料電池側にドレインが負荷回路側に接続されたものである。
スイッチ制御回路６は、負荷回路への負荷電流の大きさおよび二次電池１の充放電状態に応じてＰｃｈＦＥＴ５をオンオフ制御するものである。このスイッチ制御回路６において、抵抗（蓄電手段側電圧検出回路）７，８は、ＰｃｈＦＥＴ５よりも二次電池１側の点Ａの電圧を検出し、点Ｂの電圧に分圧するものであり、抵抗（燃料電池側電圧検出回路）９，１０は、ＰｃｈＦＥＴ５よりも燃料電池４側の点Ｅの電圧を検出し、点Ｃの電圧に分圧するものである。トランジスタ１１は、ベースが点Ｂにコレクタが点Ｃにエミッタがグランドにそれぞれ接続され、トランジスタ１２は、ベースが点ＣにコレクタがＰｃｈＦＥＴ５のゲートである点Ｄにエミッタがグランドにそれぞれ接続されたものである。さらに、抵抗１３は、点Ｅおよび点Ｄ間に接続されたものである。

逆流防止回路（第１の逆流防止回路）１４は、二次電池１あるいは負荷回路側から燃料電池４への電流の逆流を防止するものである。その逆流防止回路１４において、ＰｃｈＦＥＴ１５は、ソースが燃料電池側にドレインが負荷回路側に接続されたものである。抵抗１６，１７は、ＰｃｈＦＥＴ１５よりも二次電池１側の点Ｆの電圧を検出し、点Ｇの電圧に分圧するものであり、抵抗１８，１９は、ＰｃｈＦＥＴ１５よりも燃料電池４側の点Ｊの電圧を検出し、点Ｈの電圧に分圧するものである。トランジスタ２０は、ベースが点Ｇにコレクタが点Ｆにエミッタが定電流回路２２にそれぞれ接続され、トランジスタ２１は、ベースが点ＨにコレクタがＰｃｈＦＥＴ１５のゲートである点Ｉにエミッタが定電流回路２２にそれぞれ接続されたものである。なお、定電流回路２２の他端はグランドに接続されたものである。さらに、抵抗２３は、点Ｊおよび点Ｉ間に接続されたものである。

次に動作について説明する。
図１に示した電源装置では、二次電池１および太陽電池２と、燃料電池４とをＰｃｈＦＥＴ５を介して並列に配置し、燃料電池４により発電された電力が二次電池１を充電したり、負荷回路に供給されるように構成されている。これにより、スイッチ制御回路６では、負荷回路の重負荷時にはＰｃｈＦＥＴ５をオン制御し、燃料電池４および二次電池１の両方から負荷回路に電力を供給し、軽負荷時で二次電池１が満充電状態に近い場合にはＰｃｈＦＥＴ５をオフ制御し、燃料電池４による発電を停止させる。こうすることにより、システムトータルとしてのエネルギー効率を上げることができる。なお、軽負荷時でも、二次電池１が完全放電時（蓄積されている電気量が非常に小さい時）にはＰｃｈＦＥＴ５をオン制御し、燃料電池４から負荷回路および二次電池１に電力を供給する。

ここで、スイッチ回路のオンオフ制御条件の詳細について説明する。
図２はスイッチ回路のオンオフ制御条件を示す説明図である。このスイッチ回路とは図１におけるＰｃｈＦＥＴ５に相当するものであり、負荷回路として携帯電話が接続されている場合で、負荷回路への負荷電流が非常に大きい場合、負荷電流が大きい場合、および負荷電流が小さい場合に場合分けすると共に、二次電池１が満充電状態の場合、および二次電池１が放電状態（蓄積されている電気量が小さい時）の場合に場合分けして、スイッチ回路をオン制御およびオフ制御のいずれの制御を行うかを示したものである。また、図２中の二次電池側の電圧は、各条件における二次電池１側の電圧、すなわち、図１の点Ａにおける予想される電圧を、電圧の高いものから順に１から９と符番したものである。（点Ａの電圧の高いものから順に１から９と符番したが、負荷電流値、二次電池の充電状態・容量・内部インピーダンス、太陽電池の受光量による発電電圧等が変動するので、図２は目安として示したものである。）

（図２中、ａ，ｂ）携帯電話で通信中等、負荷電流が非常に大きい場合
この場合は、二次電池１が充放電状態に関わらず、二次電池１からだけでは電流が不足する可能性があるので、スイッチ回路をオン制御し、燃料電池４および二次電池１の両方から電力を負荷回路に供給する。
（図２中、ｃ，ｄ）携帯電話で通信中で負荷電流が大きい場合
この場合は、二次電池１が満充電状態に近い場合は、二次電池１からだけで電流が満たされるので、スイッチ回路をオフ制御し、燃料電池４からの電力供給を停止する。二次電池１が放電状態に近い場合は、二次電池１からだけでは電流が不足する可能性があるので、スイッチ回路をオン制御し、燃料電池４および二次電池１の両方から電力を負荷回路に供給する。

（図２中、ｅ，ｆ）携帯電話で通信中で負荷電流が小さい場合
この場合は、二次電池１が満充電状態に近い場合は、二次電池１からだけで電流が満たされるので、スイッチ回路をオフ制御し、燃料電池４からの電力供給を停止する。二次電池１が放電状態に近い場合は、二次電池１からだけでは電流が不足する可能性があるので、スイッチ回路をオン制御し、燃料電池４から電力を負荷回路に供給すると共に、余った電力は二次電池１に充電する。
（図２中、ｇ〜ｉ）携帯電話で通信中で負荷電流が小さい場合での太陽電池の動作
二次電池１が満充電状態、あるいは８０％残存状態（満充電状態と放電状態との間の状態）の場合は、太陽電池２の状態（太陽直下または日陰）に関わらず、太陽電池２が発電した電力は二次電池１に供給しない。二次電池１が放電状態に近い場合は、負荷電流の大小に関わらず、太陽電池２が発電していれば、その発電した電力を二次電池１に供給し充電する。

次に図２に示したスイッチ回路のオンオフ制御条件を満たす、図１に示した電源装置のスイッチ制御回路６の動作について説明する。
電源装置の設定条件として、二次電池１にリチウム二次電池が適用され、その充電電圧が４．２Ｖで満充電状態のものとする。また、充電電圧が４．１Ｖの場合に、８０％残存状態、充電電圧が４．０Ｖ未満の場合に、放電状態のものとする。また、この設定条件を考慮して、燃料電池４の発電電圧を４．２Ｖのものとする。

図２に示したスイッチ回路のオンオフ制御条件において、二次電池側の電圧が高い方から１〜４番目ではスイッチ回路をオフ制御し、５〜９番目ではスイッチ回路をオン制御することから、オンオフ制御の切れ目は、二次電池側の電圧が高い方から４番目と５番目との間である。４番目の二次電池側の電圧が８０％残存状態で４．１Ｖであることから、ｈの４とａの６についても、負荷電流により変動するが、非常に負荷電流が大の場合は、ａ，ｈの二次電池側電圧が４，６となることがある。図１におけるスイッチ制御回路６の点Ａが４．１Ｖ未満の場合にスイッチ回路をオン制御するものとする。これらを考慮して、図１におけるスイッチ制御回路６の点Ａが４．１Ｖ以上の場合に、トランジスタ１１がオンし、４．１Ｖ未満の場合に、トランジスタ１１がオフするように、トランジスタ１１および抵抗７，８が設定され、スイッチ制御回路６の点Ｅが４．１Ｖ以上の場合に、トランジスタ１２がオンし、４．１Ｖ未満の場合に、トランジスタ１２がオフするように、トランジスタ１２および抵抗９，１０が設定されているものとする。

負荷電流が非常に大きい場合（図２中、ａ，ｂ）
図１において、二次電池１の充放電状態に関わらず、負荷電流が非常に大きい場合では、点Ａが４．１Ｖ未満になり、トランジスタ１１がオフする。よって、点Ｃからトランジスタ１１を通じたグランドへの経路が遮断され、点Ｅに燃料電池４の発電電圧４．２Ｖが印加されればトランジスタ１２がオンし、点Ｄの電位が低下してＰｃｈＦＥＴ５がオン制御して、燃料電池４からの電力が負荷回路に供給される。
負荷電流が大きい場合あるいは小さい場合で、二次電池１が放電状態に近い場合（図２中、ｄ，ｆ，ｉ）
この場合では、点Ａが４．１Ｖ未満になり、負荷電流が非常に大きい場合と同様に、ＰｃｈＦＥＴ５がオン制御して、燃料電池４からの電力が負荷回路に供給される。

負荷電流が大きい場合あるいは小さい場合で、二次電池１が満充電状態に近い場合（図２中、ｃ，ｅ，ｇ，ｈ）
この場合では、点Ａが４．１Ｖ以上になり、トランジスタ１１がオンする。よって、点Ｃからトランジスタ１１を通じたグランドへの経路が導通され、点Ｅに燃料電池４の発電電圧４．２Ｖが印加されても点Ｃの電位が低下してトランジスタ１２がオフし、点Ｄの電位が上昇してＰｃｈＦＥＴ５がオフ制御して、燃料電池４から負荷回路への電力が遮断される。なお、ＰｃｈＦＥＴ５のオフ制御により燃料電池４が自動停止されるように構成しても良く、また、点Ａが４．１Ｖ未満、すなわち、トランジスタ１１のオフにより燃料電池４が自動起動されるように構成しても良い。

次に図２に示した太陽電池２の動作を満たす、図１に示した電源装置の太陽電池２の設定条件について説明する。
二次電池１では、その充電電圧が４．１Ｖの場合に、８０％残存状態であることから、太陽電池２の発電電圧を４．１Ｖに設定する。これによって、二次電池１が放電状態に近い場合は、負荷電流の大小に関わらず、太陽電池２が発電していれば、その発電した電力を二次電池１に供給し充電することができる。
なお、ダイオード３は、太陽電池２が日陰状態等、太陽電池２が発電していない場合に、二次電池１あるいは負荷回路から太陽電池２への電流の逆流を防止することができる

次に図１に示した電源装置の逆流防止回路１４の動作について説明する。
逆流防止回路１４は、二次電池１あるいは負荷回路側から燃料電池４への電流の逆流を防止するために設けたものである。すなわち、図１において、点Ｆおよび点Ｊの電圧を検出し、点Ｆの電圧が点Ｊの電圧よりも高くなった時にＰｃｈＦＥＴ１５をオフ制御して回路を遮断するものである。
すなわち、トランジスタ２０，２１のエミッタとグランドとの間には定電流回路２２が接続されている。したがって、点Ｆの電圧が点Ｊの電圧より高くなると、点Ｆの電圧を分圧する抵抗１６，１７の接続点Ｇの電圧が高くなり、トランジスタ２０を通じて定電流回路２２に流入する電流が多くなる。その結果、抵抗２３およびトランジスタ２１を通じて定電流回路２２に流入する電流が少なくなることから点Ｉの電圧が高くなり、ＰｃｈＦＥＴ１５がオフし、回路を遮断する。

一方、点Ｊの電圧が高くなると、抵抗１８，１９で分圧する点Ｈの電圧が高くなることから、抵抗２３およびトランジスタ２１を通じて定電流回路２２に流入する電流が多くなる。この時、トランジスタ２０を通じて定電流回路２２に流入する電流は少なくなる。その結果、抵抗２３の電圧降下が大きくなることから、点Ｉの電圧が低くなり、ＰｃｈＦＥＴ１５がオンする。
このように、逆流防止回路１４は、二次電池１あるいは負荷回路側から燃料電池４への電流の逆流を防止するように動作するが、抵抗値や各種のパラメータを調整することにより、ＰｃｈＦＥＴ１５のオンオフ制御する点Ｆ，Ｊの電圧関係を調整することができる。

なお、上記実施の形態１では、各種条件を設定したが、これら各種条件は任意な値を設定することができるものである。

以上のように、この実施の形態１によれば、負荷回路への負荷電流の大きさおよび二次電池１の充放電状態に応じて、二次電池１および燃料電池４から負荷回路にきめ細かに電源供給制御を行うことができる。
また、直流および交流間の変換を行う電力変換装置を用いることは無いので、リップル等により二次電池１が故障することを防ぐことができる。
さらに、負荷電流が大きい場合であっても、ＰｃｈＦＥＴ５をオン制御することで、燃料電池４および二次電池１間が接続され、燃料電池４で発電された電力を負荷回路に供給すると共に、場合によっては二次電池１に充電することができ、軽負荷時に二次電池１を充電する手間隙を削減することができる。
さらに、負荷電流が大きい場合にＰｃｈＦＥＴ５をオン制御することで、燃料電池４および二次電池１の両方から電力を負荷回路に供給することができ、二次電池１の電気容量を小型化することができる。

さらに、抵抗７，８からなる蓄電手段側電圧検出回路により検出された電圧に応じてＰｃｈＦＥＴ５をオンオフ制御することで、スイッチ制御回路６の回路構成を簡単にすることができる。

さらに、抵抗７，８からなる蓄電手段側電圧検出回路および抵抗９，１０からなる燃料電池側電圧検出回路により検出された電圧に応じてＰｃｈＦＥＴ５をオンオフ制御することで、ＰｃｈＦＥＴ５をよりきめ細かに制御することができる。

さらに、負荷回路への負荷電流が非常に大きい場合に、ＰｃｈＦＥＴ５をオン制御することで、燃料電池４および二次電池１の両方から電力を負荷回路に供給することができ、二次電池１の電気容量を小型化することができる。特に、自動車等のセルモータを回す等、瞬間的にピーク電流を要する回路に適用した場合に顕著な効果がある。

さらに、負荷回路への負荷電流が大きく且つ二次電池１が満充電状態の場合に、ＰｃｈＦＥＴ５をオフ制御し、負荷回路への負荷電流が大きく且つ二次電池１が放電状態の場合に、ＰｃｈＦＥＴ５をオン制御することで、二次電池１が満充電状態の場合には、二次電池１だけで電力を供給することができることからＰｃｈＦＥＴ５をオフ制御し、燃料電池４を停止させ、省エネルギー化することができる。また、二次電池１が放電状態の場合には、ＰｃｈＦＥＴ５をオン制御することで、燃料電池４および二次電池１の両方から十分な電力を負荷回路に供給することができる。

さらに、負荷回路への負荷電流が小さく且つ二次電池１が満充電状態の場合に、ＰｃｈＦＥＴ５をオフ制御し、負荷回路への負荷電流が小さく且つ二次電池１が放電状態の場合に、ＰｃｈＦＥＴ５をオン制御することで、二次電池１が満充電状態の場合には、二次電池１だけで電力を供給することができることからＰｃｈＦＥＴ５をオフ制御し、燃料電池４を停止させ、省エネルギー化することができる。また、二次電池１が放電状態の場合には、ＰｃｈＦＥＴ５をオン制御することで、燃料電池４および二次電池１の両方から十分な電力を負荷回路に供給すると共に、二次電池１に充電することができる。

さらに、燃料電池４を逆流防止回路１４を介して二次電池１に接続したので、燃料電池４よりも二次電池１あるいは負荷回路側の電位が高い場合に、二次電池１あるいは負荷回路から燃料電池４への電流の逆流を防止することができる。

さらに、二次電池１に太陽電池２を接続したので、太陽電池２が日向状態では、負荷回路に太陽電池２による電力を供給することができる。

さらに、二次電池１が放電状態の場合に、太陽電池２から発生した電力を二次電池１に充電することで、二次電池１が放電状態の場合には、太陽電池２から発生した電力を二次電池１に充電することができる。

さらに、太陽電池をダイオード３を介して二次電池１に接続したので、太陽電池２が日陰状態等、太陽電池２が発電していない場合に、二次電池１あるいは負荷回路から太陽電池２への電流の逆流を防止することができる。さらに、ダイオード３により構成したので、回路構成を簡単にすることができる。
図１はグランド（ゼロ電位）を基準に燃料電池４、二次電池１、太陽電池２、スイッチ制御回路６、スイッチ回路５、逆電流防止回路等、正電圧を基準に説明してきたが、負荷が負電圧の場合、各回路の基準点がグランドの場合でも、１４，６，５のＮＰＮトランジスタはＰＮＰトランジスタに、ＰチャネルトランジスタはＮチャネルトランジスタにする等変更を要するが、動作原理は同一である。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による電源装置を示す回路図であり、図において、負荷電流検出回路３１は、二次電池１および太陽電池２よりも負荷回路側に接続され、負荷回路への負荷電流の大きさを検出するものである。充電電圧検出回路３２は、二次電池１の両端に接続され、二次電池１の充電電圧を検出するものである。スイッチ制御回路３３は、負荷電流検出回路３１により検出された負荷回路への負荷電流の大きさおよび充電電圧検出回路３２により検出された二次電池１の充電電圧に応じてＰｃｈＦＥＴ５をオンオフ制御するものである。その他の構成については、図１と同等であるので説明を省略する。

次に動作について説明する。
図１に示した電源装置では、図２に示したスイッチ回路のオンオフ制御条件を、スイッチ制御回路６の点Ａ，Ｅの電圧に応じて制御したが、この実施の形態２による図３に示した電源装置では、図２に示したスイッチ回路のオンオフ制御条件を、負荷電流検出回路３１により検出された負荷回路への負荷電流の大きさおよび充電電圧検出回路３２により検出された二次電池１の充電電圧に応じて制御する。

例えば、スイッチ制御回路３３では、負荷電流の大きさに閾値を設定して、負荷電流検出回路３１により検出された負荷回路への負荷電流の大きさが、負荷回路への負荷電流が非常に大きい場合、負荷電流が大きい場合、および負荷電流が小さい場合のいずれの場合に相当するか判定する。また、二次電池１の充電電圧に閾値を設定する。例えば、充電電圧が４．１Ｖ以上の場合に満充電状態、充電電圧が４．１Ｖ未満の場合に放電状態等に設定して、充電電圧検出回路３２により検出された二次電池１の充電電圧が満充電状態および放電状態のいずれの場合に相当するか判定する。さらに、スイッチ制御回路３３では、それら負荷回路への負荷電流の大きさおよび二次電池１の充電電圧の組み合わせに応じて、図２に示したスイッチ回路のオンオフ制御条件に基づいて、ＰｃｈＦＥＴ５をオンオフ制御する。

なお、スイッチ制御回路３３は、負荷回路への負荷電流の大きさおよび二次電池１の充電電圧の組み合わせに応じて電気回路的（ハードウエア的）に判定してＰｃｈＦＥＴ５をオンオフ制御するものであっても、ソフトウエア的に判定してＰｃｈＦＥＴ５をオンオフ制御するものであっても良い。

以上のように、この実施の形態２によれば、負荷電流検出回路３１により検出された負荷回路への負荷電流の大きさおよび充電電圧検出回路３２により検出された二次電池１の充電電圧に応じてＰｃｈＦＥＴ５をオンオフ制御することで、二次電池１および燃料電池から負荷回路にきめ細かに電源供給制御を行うことができる。
実施の形態２の図３の動作は図１と同様に正電圧を中心に説明したが、負電圧の場合も同様の原理で回路を構成できる。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３による電源装置を示す回路図であり、図において、ダイオード（第１の逆流防止回路）４１は、燃料電池４側を陽極に、二次電池１および負荷回路側を陰極に接続され、二次電池１および負荷回路から燃料電池４への電流の逆流を防止するものである。その他の構成については、図１と同等であるので説明を省略する。

次に動作について説明する。
図１に示した電源装置では、逆流防止回路１４により二次電池１および負荷回路から燃料電池４への電流の逆流を防止したが、この実施の形態３ではダイオード４１により同様な機能を満たすようにしたものである。

以上のように、この実施の形態３によれば、燃料電池４よりも二次電池１あるいは負荷回路側の電位が高い場合に、二次電池１あるいは負荷回路から燃料電池４への電流の逆流を防止することができる。特に、ダイオード４１で構成したので、回路構成を簡単にすることができる。

実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４による電源装置を示す回路図であり、図において、昇圧回路５１は、燃料電池４およびＰｃｈＦＥＴ５間に設けられ、燃料電池４からの発生電圧を昇圧するものである。その昇圧回路５１において、コンデンサ５２は、燃料電池４の出力経路に並列接続され、コイル５３は、燃料電池４の出力経路に直列接続されたものである。ダイオード５４は、燃料電池４の出力経路に直列接続され、コンデンサ５５は、燃料電池４の出力経路に並列接続され、これらダイオード５４およびコンデンサ５５により平滑回路を構成するものである。ＮｃｈＦＥＴ５６は、燃料電池４の出力経路のコイル５３およびダイオード５４間に並列接続され、コントロールＩＣ５７は、平滑回路の出力電圧に応じた周期でＮｃｈＦＥＴ５６をオンオフ制御するものである。その他の構成については、図４と同等であるので説明を省略する。

次に動作について説明する。
図１、図３、および図４に示した電源装置では、二次電池１の充電電圧に比べて燃料電池４の発電電圧は高いものの、燃料電池４から二次電池１への充電時に燃料電池４の内部インピーダンスにより燃料電池４の発生電圧が低下する場合がある。このような場合には、図５に示したように、燃料電池４およびＰｃｈＦＥＴ５間に昇圧回路５１を設け、昇圧回路５１により燃料電池４からの発生電圧を昇圧し、負荷回路への電力供給機能あるいは二次電池１への充電機能を満たすようにする。

燃料電池４の発電電圧は、コンデンサ５２に充電されると共に、コイル５３およびダイオード５４を通じてコンデンサ５５に充電される。コントロールＩＣ５７は、このコンデンサ５５の充電電圧を検出し、例えば、正常時の４．２Ｖから４．１Ｖに下降した場合に、ＮｃｈＦＥＴ５６をオンオフ制御する。このオンオフ制御の周期は、検出される電圧が低い程、デューティ比が大きくなるように設定される。ＮｃｈＦＥＴ５６のオン制御により、燃料電池４およびコンデンサ５２からコイル５３およびＮｃｈＦＥＴ５６を通じた閉回路が構成され、燃料電池４およびコンデンサ５２からの電気エネルギーがコイル５３に蓄えられ、ＮｃｈＦＥＴ５６をオンオフ制御することにより、コイル５３から燃料電池４の発生電圧にコンデンサ５２の充電電圧が付加された脈動を含む電圧が発生する。この脈動を含む電圧をダイオード５４およびコンデンサ５５からなる平滑回路で平滑し、正常時の４．２Ｖの発生電圧を得る。

なお、この実施の形態４では、携帯電話およびパソコン等に合わせて、燃料電池４の正常時の発電電圧を４．２Ｖとしたが、燃料電池４や二次電池１を複数個直列接続して、負荷が自動車等の場合に適用しても良い。

以上のように、この実施の形態４によれば、燃料電池４からの発生電圧を昇圧する昇圧回路５１を備えたので、二次電池１の充電電圧に比べて燃料電池４の発電電圧は高いものの、燃料電池４から二次電池１への充電時に燃料電池４の内部インピーダンスにより燃料電池４の発生電圧が低下する場合には、昇圧回路５１により燃料電池４からの発生電圧を昇圧し、負荷回路への電力供給機能あるいは二次電池１への充電機能を満たすようにすることができる。

実施の形態５．
この実施の形態５は、上記実施の形態１から実施の形態４において、二次電池１の代わりに、例えば、容量４０００μＦ以上のコンデンサ容量の大きなスーパーキャパシタを用いるものである。スーパーキャパシタは、リチウム二次電池等以上にインピーダンスが低いものがあるので、瞬時に電流が多く取れる点では起動時に電流が多く取る必要がある装置に有利である。
上記実施の形態１で説明したが、自動車（ガソリン車）等はセルモータを回転させれば、後はガソリンにより電気を発電するので、セルモータ回転時のみ大電流を要するため、この大電流を引き出すのにスーパーキャパシタに蓄積したエネルギーを使用する。

以上のように、この実施の形態５によれば、二次電池１としてスーパーキャパシタを適用したので、一般に、スーパーキャパシタは、コンデンサに比べて容量が大きく、特に、自動車等のセルモータを回す等、瞬間的にピーク電流を要する回路に適用した場合に顕著な効果がある。

Claims

負荷回路に接続された充電可能な蓄電手段と、
上記蓄電手段にスイッチ回路を介して接続された燃料電池と、
上記負荷回路への負荷電流の大きさおよび上記蓄電手段の充放電状態に応じて上記スイッチ回路をオンオフ制御するスイッチ制御回路と、
上記負荷回路への負荷電流の大きさを検出する負荷電流検出回路と、
上記蓄電手段の充電電圧を検出する充電電圧検出回路とを備え、
上記スイッチ制御回路は、
上記負荷電流検出回路により検出された負荷電流が非常に大きい場合と、
上記負荷電流検出回路により検出された負荷電流が大きく、上記充電電圧検出回路により検出された上記蓄電手段の充電量が少ない場合と、
上記負荷電流検出回路により検出された負荷電流が小さく、上記充電電圧検出回路により検出された上記蓄電手段の充電量が少ない場合とで上記スイッチ回路をオン制御することを特徴とする電源装置。
スイッチ制御回路は、
負荷電流検出回路により検出された負荷電流が大きく、充電電圧検出回路により検出された蓄電手段の充電量が満充電の場合と、
上記負荷電流検出回路により検出された負荷電流が小さく、上記充電電圧検出回路により検出された上記蓄電手段の充電量が８０％以上の場合とでスイッチ回路をオフ制御することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
燃料電池は、
蓄電手段あるいは負荷回路から当該燃料電池への電流の逆流を防止する第１の逆流防止回路を介して上記蓄電手段に接続されたことを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の電源装置。
蓄電手段に接続された太陽電池を備え、
上記太陽電池は、上記蓄電手段の充電量が少ない場合に発生した電力を上記蓄電手段に充電することを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の電源装置。
太陽電池は、
蓄電手段あるいは負荷回路から当該太陽電池への電流の逆流を防止する第２の逆流防止回路を介して上記蓄電手段に接続されることを特徴とする請求項４記載の電源装置。
燃料電池およびスイッチ回路間に、その燃料電池からの発生電圧を昇圧する昇圧回路を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の電源装置。